Het vroege leven en werk
Nadat hij bij het overlijden van zijn vader een ingenieursopleiding had gevolgd bij een lokale locomotieffabrikant - Sharp-Stewart & Co -, behaalde Thomson in 1880 een bachelordiploma in wiskunde aan het Trinity College in Cambridge en een bekroonde master in 1883 op “ de beweging van vortexringen ”, waarin de bewegingen van de vortex-theorie van atomen worden beschreven. In 1884 werd hij benoemd tot Cavendish hoogleraar natuurkunde aan de genoemde universiteit vanwege zijn uitzonderlijke talent ondanks beperkte laboratoriumervaring.
J.J. Thomson
Thomson bleek een grote interesse in atomaire structuur te hebben en bleef verschillende onderzoeksartikelen schrijven over verschillende onderwerpen die met het veld te maken hebben, zoals elektromagnetisme. Hij schreef onder meer over Maxwells lichttheorie, waarbij hij de elektromagnetische massa van een geladen deeltje introduceerde, en publiceerde drie boeken van 1888 tot 1895: Applications of dynamics to physics and chemistry (met een wiskundige beschrijving van de transformatie van energie), Aantekeningen over recent onderzoek op het gebied van elektriciteit en magnetisme (een uitbreiding van Maxwell's verhandeling over elektriciteit en magnetisme), en elementen van de wiskundige theorie van elektriciteit en magnetisme (een populairder en vulgair boek).
Ontdekking van het elektron
Thomsons eerste inzicht in het bestaan van het elektron was een gewaagde stelling dat een van de elementaire eenheden van een atoom 1000 keer kleiner was dan het, dat wil zeggen aanzienlijk kleiner dan alles wat eerder werd gedacht. Hij ontdekte dit idee door experimenten met de eigenschappen van kathodestralen - elektronenstromen waargenomen in ontladingsbuizen - die onthulden dat ze veel verder door de lucht reizen dan wanneer deze uit atomen zou bestaan (veel groter dan elektronen).
In zijn experimenten mat hij dat kathodestralen veel lichter waren dan atomen en dat hun massa constant bleef, ongeacht het element / atoom waaruit ze voortkwamen. Hij concludeerde dus dat deze onbekende deeltjes erg licht en negatief geladen waren en vooral in alle atomen te vinden waren. Hij noemde ze "bloedlichaampjes".
Massa-ladingsverhouding
Thomson zette zijn experimenten verder om de massa-tot-ladingverhouding van elektronen te bepalen door een straal kathodestralen af te buigen door elektrische en magnetische velden. Deze nauwkeurigere informatie over de eigenschappen van elektronen stelde Thomson in staat om in 1904 een model op te stellen van het atoom dat bekend staat als het 'pruimenpuddingmodel'. Het beschreef een bol van positieve materie waarin de "bloedlichaampjes" of elektronen waren ingebed, verdeeld over een grote zee met een positieve lading.
Ontdekking van isotopen
Na het bestuderen van de stroom negatief geladen deeltjes ("bloedlichaampjes" of elektronen) - kathodestralen - ging Thomson nu verder met de experimenten met kanaalstralen, stromen van positief geladen deeltjes. Thomson en zijn team probeerden de afbuiging van de straal (in dit geval van neonionen) te meten door ze door een magnetisch en elektrisch veld te plaatsen. De resultaten leverden twee lichtvlekken op op de fotografische platen aan het einde van de bundel - twee verschillende afbuigpaden - die erop duidden dat neon twee verschillende atoommassa's had, aangezien de afbuiging-intensiteit wordt bepaald door massa.
Deze twee verschillende massa's staan nu bekend als isotopen van hetzelfde element (hier neon-20 en neon-22 en worden verklaard door verschillende aantallen neutronen voor hetzelfde aantal protonen. De methode die werd gebruikt om deze isotopen te scheiden was het eerste gebruik van massa spectrometrie, een laboratoriumtechniek die in de loop der eeuwen zal uitgroeien tot een veelgebruikte methode.
Prestaties
Vanwege de grote verdiensten van zijn onderzoek ontving hij in 1906 de Nobelprijs en twee jaar later werd hij geridderd. In 1912 werd hij benoemd tot lid van de Order of Merit en uiteindelijk, in 1914, werd hij Master of Trinity College aan de Universiteit van Cambridge.
